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[해왕성]가장 멀리 있는 행성 자기권 대기 날씨 및 폭풍

우주에서 바라본 해왕성

1984년에 발견된 해왕성은 태양에서 가장 멀리 떨어져있는 마지막 행성 입니다. 가장 멀리 있는 행성이기 때문에 지구에서 망원경으로 관측하기 어려운 행성입니다. 해왕성은 거대 얼음 행성으로 알려져 있습니다. 해왕성의 대기 날씨와 폭풍을 알고 계신가요? 오늘은 해왕성의 자기권 및 대기 날씨 폭풍을 알아보겠습니다.

가장 멀리 있는 행성 해왕성

해왕성은 태양에서 여덟 번째 행성이자 가장 멀리 알려진 태양계 행성이다. 태양계에서 지름이 4번째로 큰 행성이며, 질량이 세 번째로 큰 행성이다. 질량은 지구의 17배이며 쌍둥이 천왕성보다 약간 더 무겁다. 해왕성은 질량이 클수록 대기의 중력적 압축이 크기 때문에 천왕성보다 밀도가 높고 물리적으로 작다. 이 행성은 태양계의 두 개의 거대 얼음 행성중 하나로 알려져 있다.주로 기체와 액체로 구성되어 있기 때문에, 잘 정의된 고체 표면이 없다.이 행성은 평균 30.1 천문단위의 거리에서 164.8년에 한 번 태양을 공전한다.해왕성의 이름은 로마의 바다의 신의 이름을 따서 지어졌으며 해왕성의 삼지창을 나타내는 천문 기호를 가지고 있다. 해왕성은 육안으로 볼 수 없으며, 태양계에서 경험적 관측보다는 수학적 예측에 의해 발견된 유일한 행성이다. 천왕성의 궤도에 예상치 못한 변화가 일어나 알렉시스 부바르드는 천왕성의 궤도가 미지의 행성에 의해 중력 섭동을 받는다는 가설을 세웠다. 부바르드 사후, 존 카우치 애덤스와 우르베인 르 베리에가 독립적으로 그의 관측을 통해 해왕성의 위치를 예측했다. 해왕성은 1846년 9월 23일 요한 갈레가 르 베리에가 예측한 위치 범위 내에서 망원경으로 관측했다. 이 행성의 가장 큰 위성인 트리톤은 20세기까지 망원경으로 관측할 수 있는 위성이 하나도 없었다. 이 행성은 지구에서 멀리 떨어져 있기 때문에 겉보기 크기가 매우 작아서 지구 망원경으로 연구하기가 어렵다. 1989년 8월 25일 보이저 2호가 해왕성을 방문했을 때 해왕성을 방문한 유일한 우주선으로 남아 있다. 허블우주망원경과 적응광학이 적용된 대형 지상망원경의 등장으로 최근 멀리서도 추가적인 상세한 관측이 가능해졌다. 목성이나 토성과 마찬가지로 해왕성의 대기는 주로 수소와 헬륨, 탄화수소와 질소로 이루어져 있지만, 물, 암모니아, 메탄과 같은 얼음의 비율이 더 높다. 천왕성과 마찬가지로 내부는 주로 얼음과 암석으로 이루어져 있다. 레일리 산란과 함께, 가장 바깥쪽에 있는 메탄의 흔적은 부분적으로 행성의 푸른 모습을 설명해준다. 쌍둥이자리 천문대의 최신 자료에 따르면 해왕성 대기의 희미한 연무로 인해 청색은 천왕성에 존재하는 것보다 더 포화상태이다. 천왕성의 흐릿하고 상대적으로 특징이 없는 대기와 대조적으로 해왕성의 대기는 활동적이고 가시적인 날씨 패턴을 가지고 있다. 예를 들어, 1989년 보이저 2호가 지나갈 때, 행성의 남반구에는 목성의 대적점과 비슷한 대흑점이 있었다. 더 최근에는 2018년에 더 새로운 주흑점과 더 작은 흑점이 발견되어 연구되었다. 게다가, 이러한 날씨 패턴은 태양계 행성 중 가장 강한 지속 바람에 의해 움직이며, 기록된 풍속은 2,100 km/h에 달한다. 해왕성의 바깥 대기는 태양에서 멀리 떨어져 있기 때문에 태양계에서 가장 추운 곳 중 하나이며, 구름 꼭대기의 온도는 55 켈빈에 달한다.행성의 중심 온도는 약 5,400 켈빈이다. 해왕성은 1984년에 발견되었고, 이후 보이저 2호에 의해 확인되었다.

해왕성의 자기권 및 대기

해왕성의 내부 구조는 천왕성의 내부 구조와 유사하다. 대기는 질량의 약 5~10%를 형성하며 중심핵을 향해 10~20% 정도 뻗어 있으며, 여기서 대기압은 지구 대기의 약 10만 배에 이른다. 메탄, 암모니아, 물의 농도가 증가하는 것은 대기의 낮은 지역에서 발견된다. 맨틀의 질량은 지구의 10~15배이며 물, 암모니아, 메탄 등이 풍부하다. 행성학에서 흔히 볼 수 있듯이, 이 혼합물은 뜨겁고 밀도가 높은 유체임에도 불구하고 얼음이라고 불린다.전기 전도도가 높은 이 유체는 때때로 물-암모니아 해양이라고 불린다. 맨틀은 물 분자가 수소와 산소 이온의 수프로 분해되는 이온성 물의 층과 산소가 결정되지만 수소 이온이 산소 격자 내에서 자유롭게 떠다니는 초이온성 물의 더 깊은 곳으로 구성될 수 있다.7,000km 깊이에서 메탄이 분해되어 다이아몬드 결정으로 분해되어 우박처럼 아래로 비가 내릴 수 있다. 과학자들은 또한 이런 종류의 다이아몬드 비가 목성, 토성, 천왕성에서 발생한다고 믿는다. 로렌스 리버모어 국립 연구소의 초고압 실험은 맨틀의 꼭대기가 부유하는 고체 다이아몬드를 가진 액체 탄소의 바다일 수 있음을 시사한다. 해왕성의 중심핵은 철, 니켈, 규산염으로 이루어져 있으며 내부 모형은 지구의 1.2배 정도의 질량을 가지고 있다. 중심기압은 7Mbar로 지구 중심기압의 약 2배이며 온도는 5,400K이다. 높은 고도에서 해왕성의 대기는 80%의 수소와 19%의 헬륨이다. 미량의 메탄도 존재한다. 눈에 띄는 메탄 흡수 대역은 스펙트럼의 적외선과 적외선에 있는 600 nm 이상의 파장에서 존재한다.천왕성과 마찬가지로, 대기 중 메탄에 의한 적색광 흡수는 해왕성의 청색을 나타내는 일부이지만, 해왕성의 청색은 천왕성의 청색과 다르다. 해왕성의 대기는 고도에 따라 온도가 낮아지는 하부 대류권과 고도에 따라 온도가 높아지는 성층권의 두 가지 주요 영역으로 나뉜다. 둘 사이의 경계인 대류권 계면은 0.1 bars의 압력으로 놓여 있다. 그러면 성층권은 10-5~10-4 바보다 낮은 압력으로 열권에 자리를 내준다. 열권은 점차 외기로 전환된다. 해왕성의 낮은 구름 갑판에는 높은 고도의 구름띠가 그림자를 드리우고 있다. 모델들은 해왕성의 대류권이 고도에 따라 다양한 형태의 구름으로 둘러싸여 있음을 시사한다. 상층 구름은 메탄이 응축하기에 적합한 온도인 1bar 미만의 압력으로 놓여 있다. 1~5바의 압력에서 암모니아와 황화수소의 구름이 형성되는 것으로 생각된다. 5bar 이상의 압력에서 구름은 암모니아, 황화 암모늄, 황화 수소 및 물로 구성될 수 있다. 수빙의 더 깊은 구름은 온도가 273 K에 이르는 약 50 bar의 압력에서 발견되어야 한다.아래에서 암모니아와 황화수소의 구름이 발견될 수 있다. 해왕성의 고지대 구름이 아래 불투명한 구름 갑판에 그림자를 드리우는 것이 관찰되었다. 일정한 위도로 지구를 감싸고 있는 고지대 구름띠도 있다. 이 둘레의 띠는 너비가 50-150km이고 구름층 위 약 50-110km에 있다. 이러한 고도는 대류권이라는 날씨가 발생하는 층에 있습니다. 날씨는 더 높은 성층권이나 열권에서는 발생하지 않는다. 해왕성의 스펙트럼은 해왕성의 낮은 성층권이 에탄과 에틴과 같은 메탄의 자외선 광분해의 생성물 응축으로 인해 흐릿하다는 것을 시사한다. 성층권은 또한 미량의 일산화탄소와 시안화수소의 고향이기도 하다. 해왕성의 성층권은 탄화수소의 농도가 높아 천왕성보다 따뜻하다. 아직 밝혀지지 않은 이유로 행성의 열권은 이례적으로 온도가 750 켈빈에 이른다. 이 행성은 태양에서 너무 멀어서 자외선에 의해 이 열이 생성되지 않는다. 가열 메커니즘의 후보 중 하나는 행성의 자기장에서 이온과의 대기 상호작용이다. 다른 후보로는 대기 중에 소멸되는 내부로부터의 중력파이다. 열권에는 이산화탄소와 물의 흔적이 있으며, 이는 운석이나 먼지와 같은 외부 공급원에서 퇴적되었을 수 있다. 해왕성은 자기권에서 천왕성과 흡사하며, 자전축에 대해 47° 기울어져 있으며 반지름 0.55 또는 행성의 물리적 중심에서 약 13,500 km 떨어져 있다. 보이저 2호가 해왕성에 도착하기 전, 천왕성의 기울어진 자기권은 옆으로 회전한 결과라는 가설이 제기되었다. 두 행성의 자기장을 비교하면서, 과학자들은 이제 극단적인 방향이 행성 내부의 흐름의 특징일 수 있다고 생각한다. 이 장은 전기 전도성이 있는 액체의 얇은 구형 껍질에서 대류 유체 운동에 의해 생성되어 다이너모 작용을 일으킬 수 있다. 해왕성의 자기 적도에 있는 자기장의 쌍극자 성분은 약 14 마이크로테슬라이다. 해왕성의 쌍극자 자기 모멘트는 약 2.2 × 1017 T·m3이다.해왕성의 자기장은 쌍극자 모멘트를 초과할 수 있는 강력한 사극 모멘트를 포함하여 비쌍극 구성 요소로부터 비교적 큰 기여를 하는 복잡한 기하학적 구조를 가지고 있다. 대조적으로, 지구, 목성, 토성은 상대적으로 작은 4극 모멘트를 가지며, 그들의 장은 극축에서 덜 기울어져 있다. 해왕성의 큰 사극 모멘트는 행성의 중심과 필드 발전기의 기하학적 제약으로 인해 상쇄된 결과일 수 있다. 자기권이 태양풍의 속도를 늦추기 시작하는 해왕성의 나비 충격은 행성 반지름의 34.9배 거리에서 발생한다. 자기권의 압력이 태양풍을 상쇄하는 자기권계면은 해왕성 반지름의 23~26.5배 거리에 있다. 자기권의 꼬리는 해왕성 반지름의 최소 72배까지 뻗어 있으며, 더 멀리 떨어져 있을 가능성이 있다.

해왕성의 날씨와 폭풍

해왕성의 날씨는 매우 역동적인 폭풍 시스템으로, 바람은 거의 600 m/s에 도달하여 거의 초음속 흐름에 도달한다. 더 전형적으로, 지속적인 구름의 움직임을 추적함으로써, 풍속은 동쪽 방향으로 20 m/s에서 서쪽으로 325 m/s까지 변화하는 것으로 나타났다. 구름 꼭대기에서 바람이 부는 속도는 적도를 따라 초속 400m에서 극지방은 250m에 이른다. 해왕성의 바람 대부분은 행성의 자전 방향과 반대 방향으로 움직인다. 바람의 일반적인 패턴은 고위도에서의 전진 회전과 저위도에서의 역행 회전을 보여주었다. 흐름 방향의 차이는 피부 효과로 생각되며, 더 깊은 대기 과정 때문이 아니다. 70° S 위도에서 고속 제트기는 300 m/s의 속도로 비행한다. 해왕성은 천왕성과는 전형적인 기상 활동 수준이 다르다. 보이저 2호는 1989년 해왕성 근접 비행 동안 해왕성의 기상 현상을 관측했지만, 1986년 근접 비행 동안 천왕성에서는 비슷한 현상이 관찰되지 않았다. 해왕성의 적도에 있는 메탄, 에탄, 아세틸렌의 함량은 극지방의 10~100배이다.이는 광화학이 자오선 순환 없이는 분포를 설명할 수 없기 때문에 적도의 융기 및 극 부근의 침하를 보여주는 증거로 해석된다. 2007년 해왕성 남극의 대류권 상층부는 대기의 나머지 부분 평균 약 73 켈빈보다 약 10 켈빈 더 따뜻한 것으로 밝혀졌다.온도차는 대류권에서 다른 곳에 얼어붙은 메탄이 극지방 근처의 성층권으로 빠져나갈 수 있게 하기에 충분하다. 상대적으로 핫 스팟은 해왕성의 자전축 기울기 때문에 해왕성의 1년 중 마지막 4분의 1 즉, 지구로부터 약 40년 동안 남극을 태양에 노출시켰다. 해왕성이 태양의 반대쪽을 향해 천천히 움직이면서 남극이 어두워지고 북극이 밝아지면서 메탄 방출이 북극으로 이동하게 된다. 계절적 변화로 인해 해왕성 남반구의 구름띠는 크기와 알베도가 증가하는 것으로 관측되었다. 이 추세는 1980년에 처음 나타났다. 해왕성의 긴 공전 주기는 40년 동안 지속되는 계절을 낳는다. 1989년, 대흑점은 13,000 km × 6,600 km에 걸쳐 있는 고기압 폭풍 시스템인 NASA의 보이저 2 우주선에 의해 발견되었다. 그 폭풍은 목성의 대적점을 닮았다. 그로부터 5년 후인 1994년 11월 2일 허블 우주 망원경은 이 행성의 대흑점을 발견하지 못했다. 대신 대흑점과 비슷한 새로운 폭풍이 해왕성의 북반구에서 발견되었다. 스쿠터는 대흑점보다 더 남쪽에 있는 또 다른 폭풍이다. 이 별명은 1989년 보이저 2호가 대흑점보다 빠른 속도로 움직이는 것이 관측된 이후 몇 달 동안 처음 생겨났다. 작은 흑점은 남반구 사이클론 폭풍으로 1989년에 관측된 폭풍 중 두 번째로 강한 폭풍이다. 처음에는 완전히 어두웠지만 보이저 2호가 행성에 접근하면서 밝은 중심핵이 발달하여 대부분의 고해상도 이미지에서 볼 수 있다. 보다 최근에는 2018년에 더 새로운 주흑점과 더 작은 흑점이 발견되어 연구되었다. 해왕성의 흑점은 밝은 구름의 특징보다 낮은 고도에 있는 대류권에서 발생하는 것으로 생각되기 때문에 구름층 상층부에 있는 구멍으로 보인다. 그것들은 몇 달 동안 지속될 수 있는 안정적인 특징이기 때문에 소용돌이 구조인 것으로 생각된다. 대류권계면층 주변에 형성되는 더 밝고 지속적인 메탄 구름과 종종 관련이 있다. 동반구름의 지속성은 일부 이전의 어두운 점이 더 이상 어두운 특징으로 보이지 않음에도 불구하고 사이클론으로 계속 존재할 수 있음을 보여준다. 흑점은 적도에 너무 가까이 이동하거나 다른 알려지지 않은 메커니즘을 통해 이동할 때 사라질 수 있다.